Vật liệu phát quang ứng dụng làm sơn xây dựng

Ánh sáng kích thích tạo nên sự phát quang gồm: ánh sáng tự nhiên (ánh sáng mặt trời) hoặc ánh sáng nhân tạo (như đèn trong nhà, đèn của các phương tiện giao thông…). Vật liệu phát quang có khả năng phát sáng duy trì kéo dài nhiều giờ sau khi tiếp xúc với ánh sáng và sẽ mờ dần theo thời gian.

Trong vật liệu phát quang, quá trình hấp thụ, phát xạ được lặp đi lặp lại nhiều lần. Khi ánh sáng phát ra bị suy giảm, sự phát quang có thể được phục hồi khi được chiếu sáng. Do đó, bất cứ địa điểm nào có nguồn ánh sáng kích thích đều có thể sử dụng vật liệu phát quang.

Thời gian phát quang được định nghĩa là khoảng thời gian từ khi ngừng kích thích đến thời điểm cường độ sáng không nhỏ hơn 0,32mcd/m2 (cao gấp 100 lần so với giới hạn cường độ sáng mà mắt thường có thể nhận biết trong bóng tối).
Các chất phát quang được sử dụng để tạo ra nguồn sáng cho các tình huống tạm thời thiếu ánh sáng nhưng không cần tiêu thụ năng lượng để nuôi như: gắn trên mặt đồng hồ đeo tay giúp đọc thời gian trong bóng tối; gắn trên kim chỉ la bàn để xác định phương hướng trong bóng đêm; gắn trên công tắc đèn điện giúp xác định vị trí công tắc đèn.

Vật liệu phát quang đầu tiên được con người sử dụng là ZnS:Cu+. Trong nhiều thập kỷ, chất phát quang này được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thương mại như: kim đồng hồ, đồ chơi phát sáng, sơn phát quang…, tiếp theo đó là các chất phát quang CaS:Bi3+, CaS:Eu2+, CaS:Ce3+… Tuy nhiên, cường độ sáng và thời gian phát quang của các vật liệu này khá thấp so với yêu cầu thực tế và gây hại cho người sử dụng.

Từ những năm 1990, các nhà khoa học trên thế giới đã tập trung nghiên cứu chế tạo vật liệu phát quang aluminat kiềm thổ MAl2O4 (M: Sr, Ca, Ba) kích hoạt bởi nguyên tố đất hiếm có cường độ sáng cao và an toàn cho người sử dụng. Thống kê đến tháng 12 năm 2015 đã có trên 300 công trình nghiên cứu vật liệu phát quang MAl2O4 (M: Sr, Ca, Ba) pha tạp các ion đất hiếm được công bố trên các tạp chí khoa học uy tín thế giới, điều đó thể hiện sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học và tiềm năng ứng dụng lớn của loại vật liệu này.

Các nhà khoa học trên thế giới cũng đã tìm ra nhiều phương pháp để tổng hợp MAl2O4 (M: Sr, Ca, Ba) thu được sản phẩm hiệu quả cao như: phương pháp phản ứng pha rắn, phản ứng cháy, đồng kết tủa, vi sóng, sol-gel… Trong đó, các nhà khoa học chú trọng vào vấn đề: phương pháp tổng hợp đơn giản, giảm chi phí thực nghiệm, giảm nhiệt độ nung, điều khiển được kích thước hạt sản phẩm tạo thành đặc biệt là tạo ra sản phẩm có kích thước nano, cường độ sáng cao, kéo dài thời gian phát quang và mở rộng phạm vi ứng dụng của sản phẩm. Vật liệu chủ yếu được tổng hợp ở nhiệt độ cao từ 1100 – 1600^oC.

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều vật liệu phát quang thương mại chất lượng cao của các hãng nổi tiếng như: vật liệu Lumikote (LumiTec International Pty Ltd, Australia); Luminova (Nemoto & Co., Ltd, Japan); Lumilux (Honeywell Lumilux®Industrial Pigments, American), Visionglow (Visionglow Psy Ltd, Australia)…

Ngày nay, vật liệu phát quang đã trở nên hữu ích trong lĩnh vực vật liệu xây dựng để chế tạo sơn phát quang đánh dấu ranh giới giữa các làn đường cao tốc nhằm phân biệt các hướng đi khác nhau của phương tiện giao thông. Trên thế giới, sơn phát quang còn được sử dụng trong các tòa nhà, chung cư cao tầng để tạo hệ thống chỉ dẫn thoát hiểm trong trường hợp khẩn cấp, hệ thống gồm: các vạch chỉ dẫn hướng đi ở hành lang, cửa thoát hiểm, tay vịn cầu thang và bậc thang.

Năm 2000, Hiệp hội phòng cháy chữa cháy của Mỹ đã nhận thấy các chỉ dẫn thoát hiểm phát quang có tính năng sử dụng như các ký hiệu bằng đèn điện thông thường. Năm 2006, Luật tiểu bang New York 26 (section 27-383-Photoluminescent Marking) đã quy định tất cả các tòa nhà cao từ 75 feet trở lên đều phải sử dụng hệ thống thoát hiểm phát quang trên các cửa ra vào dẫn đến cửa và cầu thang thoát hiểm.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của đô thị hiện đại, các tòa nhà cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều với rất đông người dân làm việc và sinh sống trong đó. Tuy nhiên, những người dân này thường xuyên phải đối mặt với nỗi lo mất điện xảy ra và mối nguy hiểm hỏa hoạn luôn rình rập. Theo thống kê của Bộ công an, năm 2015 cả nước đã xảy ra 2.792 vụ cháy, làm 62 người chết và 264 người bị thương, thiệt hại về tài sản ước tính trên 1.498 tỷ đồng, trong đó xảy ra nhiều vụ cháy lớn tại khu dân cư, chung cư, chợ và trung tâm thương mại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh, trật tự, tác động xấu tới phát triển kinh tế – xã hội. Tại các chung cư, tòa nhà cao tầng, khu vực cầu thang thoát hiểm thường có ánh sáng yếu, khi xảy ra hoả hoạn hay mất điện vào buổi tối, khu vực này không thể quan sát được bằng mắt thường, đặc biệt trong trường hợp có khói, các loại đèn nến thông dụng sẽ bị vô hiệu hoá hoặc không phát huy hiệu quả tốt. Khi đó, một hệ thống chỉ dẫn thoát hiểm dùng sơn phát quang sẽ dễ dàng quan sát và hướng dẫn người dân đường tới cửa thoát hiểm, đi theo hành lang và ra ngoài an toàn.

Một ứng dụng quan trọng khác của vật liệu phát quang thu hút người tiêu dùng là làm sơn trang trí. Hiện nay, các cửa hàng giải trí, nhà hàng, quán bar,… được mở ra nhiều để đáp ứng nhu cầu vui chơi, giải trí ngày càng tăng của người dân. Do đó, việc thiết kế không gian giải trí sao cho có sức thu hút, sống động và mang tính thẩm mỹ cao là quan tâm hàng đầu của những nhà kinh doanh. Khi đó, sơn phát quang sẽ là lựa chọn ưu tiên để quét lên tường, trần nhà tạo nên những hình ảnh, bức tranh sống động phát sáng ban đêm.

Sơn phát quang
(Ảnh minh họa: nguồn Internet)

Với những tính năng nổi trội mà không vật liệu nào thay thế được, nhu cầu sử dụng vật liệu phát quang trong xây dựng ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam sẽ ngày càng tăng cao. Điều đó góp phần tiết kiệm điện năng chiếu sáng tại các khu vực công cộng, tạo cảm giác an toàn cho người dân khi đi lại trong các khu vực thiếu ánh sáng, chỉ dẫn thoát hiểm nhằm giảm thiểu rủi ro về người trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn tại các tòa nhà cao tầng.

Theo Viện vật liệu xây dựng